Partikül boyutuna göre erozyon aşınması

Existem diversos estudos relatando os efeitos da implantação de íons metálicos ou não-metálicos em polímeros convencionais, tais como poliacrilonitrila (PAN) [33], polietileno tereftalato (PET) [34-36], poli-imido, polipropileno e polietileno [38] e polieter-eter-cetona (PEEK)[39]. Conforme descrita anteriormente, a irradiação provoca modificações na estrutura e na composição superficial do material tratado, modificando propriedades como a rugosidade, energia de superfície, condutividade elétrica, etc.

Quando PAN é pirolisado sob vácuo tem sua condutividade elétrica aumentada. Isto se deve a cíclização das cadeias do PAN primeiramente para uma estrutura polimérica conjugada passando, em altas temperaturas, para a grafitização. A implantação com halogênios (Cl ou F) neste material aumenta a condutividade elétrica devido em parte a modificações estruturais e em parte a efeitos de dopagem. O aumento é significativo, para fluências de 1 x 1015 a 5 x 1015 íons cm-2. A condutividade do PAN tratado a 435 qC, por exemplo, aumenta de 1 x 10-7 :-1 cm-1 com implantação de íons As+, Kr+, Cl- ou F-, a

condutividade elétrica, V, é dada por 1/U. No caso de F+ irradiado com 200 keV uma condutividade máxima de 8,9 x 10-1:-1cm-1é obtida para uma fluência de 5 x 1016íons cm-2

[33]

.

Os efeitos da irradiação de amostras de PET com implantação de íons Ti+, Ag+,

Si+e C+ [34] de 40 keV ficam mais escuras com aumento na fluência e ficam com um brilho

metálico para fluências t 1 x 1017 íons cm-2. As profundidades de implantação de Ti e Ag são ambos de 150 nm na fluência máxima. Mudanças similares de cor são observadas com implantação com Cu+ [35], onde a resistência elétrica é reduzida por mais de 10 ordens de grandeza com uma fluência de 2 x 1017íons cm-2. Imagens obtidas por microscopia eletrônica de transmissão revelaram a presença de partículas de cobre nanométricas concentradas em profundidades de 20 a 80 nm.

Implantação de Ni+ e N+ [36] com 100 keV a uma fluência de 1 x 10 16 íons cm-2 em PET, o gap óptico (obtido através de cálculos baseados em espectros de transmitância na região ultravioleta-visível pelo método de Tauc [37], diminui de ~3,9 eV a ~1,6 eV, ou seja, a absorção aumenta (para comprimentos de onde de 300 a 800 nm).

Uma aplicação interessante de implantação iônica é a produção de uma camada metálica oxidada na superfície de polímeros para protegê-los contra ataque por oxigênio atômico e radiação ultravioleta sofrida por componentes de naves aeroespaciais [38]. A eficácia de implantação de íons de alumínio com 2,5; 5,0 e 7,5 keV em diversos polímeros foram investigadas empregando Scanning Electron Microscopy (SEM) que traduzido significa:

microscopia eletrônica de varredura (MEV), equipado com Energy Dispersive x-ray Spectrometer (EDS) ou espectrômetro de energia dispersiva de raio X e pela análise de Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) vertido para o português por espectroscopia de retro-espalhamento de Rutherford. Nesta referência uma fonte de arco em vácuo com

catodo de alumínio e anodo de tungstênio foi usada. Os pulsos negativos foram de duração de 17Ps e freqüência de 700 Hz. As análises revelaram que o Al foi concentrado na superfície e houve implantação concomitantemente com átomos de oxigênio.

Tavenner et al [39] realizaram comparação de três métodos de implantação de polieter-eter-cetona (PEEK). Os métodos foram: implantação iônica com elementos inertes; implantação iônica com íons metálicos; mistura de feixe de íons (ion beam mixing). Filmes poliméricos foram cobertos com uma camada de Sn de 100 nm de espessura e implantados N+ com 50 keV numa fluência de 1 x 1016 íons cm-2. Medidas elétricas de condutividade empregando o método de quatro pontos revelaram um aumento na condutividade elétrica em

10 ordens de grandeza, induzida por implantação com íons de nitrogênio. Conforme revelado por XPS, a implantação de PEEK com N+ ou Sn+ produz material tipo grafítico devido a quebra de cadeias e subseqüente aumento na reticulação. No caso de mistura de feixe de íons, nenhuma fase grafítica é observada na superfície e pouca na sub-superfície. Adicionalmente existem grupos C-C, C=C, carbono aromático e metal-carbono na superfície, indicando a mistura de metal no polímero.

Tem sido reportada utilização de implantação iônica com a finalidade de modificações nas propriedades dos materiais. Por exemplo, aumento da dureza (UH) de 35 para 43 N mm-2DXPDSURIXQGLGDGHGHDȝPFRPDLPSODQWDção de ío ns de N+e He+ com diferentes proporções, em polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) com fluências entre 5 x 1015e 2 x 1016íons cm-2 e energia de 90 keV [40].

Pré-tratamento da superfície para aumentar as características de adesão de polímeros para outros processos tem sido obtidas por implantação iônica [41], PET foi tratado por Electron Cyclotron Resonance - Metal Organic Chemical Vapor Deposition (ECR- MOCVD) com fluxo de Ar de 25 sccm a uma pressão de 6 mTorr e microondas com potência de 700 W e aplicação de tensão de -5 kV (500 Hz), aumentando a adesão de um filme de cobre depositado posteriormente por meios eletrolíticos. Outro processo de implantação[42] com a finalidade de preparar a superfície para melhorar a adesão de metais em polímero descreve o pré-tratamento realizado com RIAIBM (do inglês, reactive ion assisted interface

bonding and mixing) em três passos. Sendo o primeiro a deposição de uma fina camada do

metal, segundo a implantação de N+através da aplicação de voltagem DC no substrato, a fim de melhorar a adesão e terceiro a deposição de metal na espessura desejada por outro processo, no caso, por sputtering, ou outra técnica de vaporização e deposição de metal.

Investigou-se o efeito da espécie implantada com diferentes massas e tempo de exposição nas propriedades do Nylon[43]. Plasma de He, N2e Ar, massas atômicas 4, 14 e 39

respectivamente, foram excitados com RF de 13,56 MHz e potência de 70 W a uma pressão de 0,53 Pa. Para promover o bombardeamento iônico foram usados pulsos tipo dente de serra de 25 kV a 60 Hz. Os resultados mostraram que o bombardeamento com nitrogênio foi mais eficaz nas mudanças das propriedades da poliamida. Houve melhoria da molhabilidade final, isto é, após certo tempo de envelhecimento em ar, aumento da resistência plástica e uma redução da taxa de corrosão de cerca de sete vezes com um tempo de exposição ao plasma de nitrogênio 180 minutos.